Detectorii din Cromatografie - Studiu Compartiv

INTRODUCERE

Analiza chimica cromatografica include mai multe metode de separare si totodata de analiza a componentilor amestecului din proba. Separarea precede analiza si se realizeaza prin repetarea, de un numar mare de ori, a echilibrului de distributie între doua faze. Una dintre faze este imobila si poarta denumirea de faza stationara (aflata de regula într-un tub numit coloana) iar cealalta -faza mobila - aflata în miscare, se deplaseaza prin golurile primei faze.

Separarea se petrece în coloana cromatografica, piesa cheie a întregii metode. Faza mobila, denumita si eluent -scurgându-se continuu (deci cu viteza constanta) prin interstitiile fazei stationare, adeseori poroase, poate provoca migrarea, cu viteze diferite, a celor n componenti ai amestecului de separat de-a lungul coloanei. Amestecul supus separarii se introduce sub forma de solutie la începutul coloanei, folosindu-se un dispozitiv de introducere a probei (de exemplu o microseringa), si se afla initial fixat într-o zona îngusta de la începutul coloanei. Spalati de eluent, o parte din componentii probei migreaza apoi prin coloana cu viteze diferite. Acest lucru se datoreaza interactiunilor fizice specifice, dintre moleculele probei si faza stationara (desigur, nu orice molecula poate migra pe orice faza stationara). Efectul, este numit retentie si aceasta provoaca o asa-numita migrare diferentiata. Adica moleculele migreaza în grupuri, în fiecare grup existând doar molecule de acelasi fel. Aceasta face posibila sesizarea componentilor, pe rând, la parasirea coloanei, de catre un instrument, în grupurile respective - denumite uneori zone.

Instrumentul amintit este un analizor fizico-chimic, sensibil la mai multi (în mod ideal la oricare) dintre componenti ce ies din coloana si care este plasat în eluent, imediat dupa iesirea din coloana. Acest analizor, denumit detector este capabil sa dea un semnal proportional cu masa sau cu concentratia solutiei de component în faza mobila. În consecinta, dispozitivul, "marcheaza" trecerea fiecareia din substantele ce formeaza initial proba, similar cu o fotocelula care înregistreaza trecerea concurentilor la sosire în atletism. Reprezentarea grafica a semnalului detectorului în functie de timp poarta numele de cromatograma.

CROMATOGRAMA

-elemente si marimi fundamentale-

În orice tip de cromatografie detectorul da un semnal proportional, uneori cu concentratia, alteori cu masa componentului aflat în celula de masura, semnal ce poate fi înregistrat în functie de timp. Diagrama semnal, functie de timp sau de volumul de eluent se numeste cromatograma. Pe cromatograma distingem o serie de maxime, numite picuri (peak = vârf în l. engleza), care se produc deasupra liniei de baza sau a portiunii orizontale a curbei, paralela cu axa timpului. Aceasta apare ori de câte ori în detector nu apare nici un component, în afara eluentului evident.

Fig. 1. Elementele unei cromatograme

Oricare pic are, în cazul ideal, forma distributiei normale Gauss. Sa consideram cea mai simpla cromatograma posibila: cazul introducerii unui singur component, într-un gaz, C, care contine urme de aer - aerul fiind un component inert. Aspectul acestei cromatograme este cel prezentat în fig. 1. Pe axa absciselor s-a considerat timpul (sau volumul) de eluent scurs, cu debit cunoscut, de la introducerea (injectarea) probei, iar pe cea a ordonatelor, semnalul detectorului - în unitati arbitrare.

Distingem urmatoarele elemente de baza ale unei cromatograme:

1. Picurile cromatografice. În cazul prezentat în fig. 1, cele doua semnale sau vârfuri sunt denumite picuri. Acestea sunt semnalele valorificabile în analiza calitativa si cantitativa în toate metodele cromatografice. Primul pic, mai mic, corespunde unui component inert (aerul de exemplu în CG) - care nu este retinut de loc - iar cel de-al doilea, notat cu C, corespunde componentului (unic în cazul de fata) al probei considerate si este datorat moleculelor care se distribuie pe parcursul migrarii prin coloana între faza mobila si cea stationara si care, în consecinta, ies mai târziu din coloana.

2. Timpul mort, tM - este timpul în care un component, complet neretinut de catre faza stationara, parcurge coloana si tuburile de legatura pâna la detector. Acesta nu poate fi zero. În cazul CG timpul mort, de exmplu, este egal cu timpul de retentie al aerului: tM = tR (R = Retentie). Deci, cu alte cuvinte, reprezinta timpul scurs de la injectarea (introducerea) probei în coloana si aparitia maximului de concentratie în detector, pentru componentul neretinut.

3. Timpul de retentie, tR - o marime caracteristica pentru fiecare component al amestecului separat de coloana - reprezinta timpul scurs de la injectarea probei si aparitia maximului de concentratie în detector. De exemplu, în cazul prezentat anterior în fig. 1, acesta este distanta de la axa ordonatelor (începutul cromatogramei) pâna la verticala prin vârful picului C. Acest timp, pentru un component si o coloana (plus conditii experimentale) date este constant, indiferent daca componentul respectiv este singur sau în amestec.

4. Volumul de retentie, VR este volumul de eluent corespunzator timpului de retentie (legat de timpul tR prin intermediul debitului eluentului, Fe):

VR = tR•Fe (1) .

5. Timpul de retentie ajustat, tR'- introdus în cromatografie pentru a se putea compara timpii masurati pe coloane diferite, în cazul aceluia si component - este dat de diferenta:

tR' =tR - tM (2)

6. Corespunzator exista si un volum de retentie ajustat,

VR' = VR – VM

unde VM este volumul mort; acest volum mort este legat de debitul eluentului coloanei, Fe, prin produsul:

VM = tM•Fe,

si reprezinta volumul golurilor din coloana plus volumul tuburilor de legatura de la coloana la detector.